一次DZN1型自动土壤水分观测仪故障的判断与处理

韩贵香，宋 敏，相 峰

山东省博兴县气象局，山东博兴 256500)



一次DZN1型自动土壤水分观测仪故障的判断与处理

韩贵香，宋 敏，相 峰

山东省博兴县气象局，山东博兴 256500)

以一次DZN1型自动土壤水分观测仪的传感器故障为例，对故障现象、故障的诊断和排除过程进行了详细说明，总结了注意事项，为该设备的日常维护、故障排查等提供有利参考。

DZN1型自动土壤水分观测仪；故障；判断；处理

山东省土壤水分自动观测站网安装运行已有5年时间，期间各台站陆续出现了各种问题，通过对土壤水分自动站故障问题的研究和总结，初步形成了一些经验结论和研究成果[1-4]。如孙作启等[1]分析发现自动土壤水分观测仪产生测量误差的原因主要有田间与传感器处植被差异、传感器不稳定两类。朱保美等[2]对DZN1自动土壤水分观测仪常出现的故障现象进行了归纳总结，并给出了相应的故障排除方法。博兴县气象局在2009年安装了DZN1型自动土壤水分观测仪，2010年进行人工对比观测1年，2011年开始自动土壤水分观测数据正式投入业务应用。仪器自安装运行以来，每日进行数据监测，定期进行仪器维护，仪器总体运行较稳定，期间也出现过一些故障。笔者以2014年10月20 cm 传感器出现的一次故障为实例，详细阐述了该故障点的定位和处理方法，以期为维修保障业务人员提供技术建议。

1　故障判断

1.1故障现象2014年10月13日15：00，值班员在使用自动站数据时发现，20 cm土壤相对湿度与上下层湿度相比明显异常，当时10、30 cm土壤相对湿度分别为78.9%和85.7%，40～80 cm层次相对湿度稳定趋于100%，而20 cm仅有46.7%。查看此前土壤水分资料发现，20 cm土壤水分自10月8日起即出现异常，以相对湿度来说明，自10月8日17：00开始相对湿度突显异常，由16：00的81.7%急剧变化为17：00的10.3%，之后各个时次的湿度忽大忽小毫无规律可言，而其他层次的土壤湿度变化则十分缓慢且有规律。由此判断20 cm土壤湿度数据出现异常。

1.2故障初判锁定故障点后去现场查看，发现土壤水分观测仪所在地段已播种小麦，经询问，该地段正是10月8日进行了播种，与故障起始日期一致，但仔细观察设备围栏内及外围附近地表面并无碾压破坏迹象，基本排除了因农耕造成损坏的原因。打开采集箱查看，电池满格，电源接线牢固，排除电源故障。检查采集器主板上传感器端子连接是否有松动发现，20 cm传感器端子接入牢固。关闭采集器上的电源开关，重新启动一次采集器，再从采集器显示屏上读取各层湿度，发现20 cm土壤湿度数据仍异常。经过上述几个方面的筛查，初步判断是20 cm传感器故障造成该层数据异常。与厂家技术人员沟通交流，一致认为是传感器方面的故障造成数据异常，只待进一步确认。

1.3故障确认DZN1型自动土壤水分观测仪的安装非常繁琐，特别是传感器端的安装非常专业，必须把故障部件认定准确，才能最大限度地减少维修物力。在故障初判部分检查数据传输正常，采集器显示时间准确，电池满格，采集器重新启动后采集正常，因此，排除了传输模块、电源系统及采集软件出现故障的可能，故障确认的关键是要确定是传感器故障还是传感器连接采集器的接口端子故障，因传感器埋于地下，没有直接测量的方法，所以采取先测定传感器接口端子的方法进行排除。测定方法为：①测定前记录下开始时间及当时各层次的土壤湿度值。②在采集器上找到20 cm传感器的接入端口，将传感器接线端子中的+脚与-脚自采集器接线端子上拧下，用万用表DC电压2 V档测量电缆接线端子+脚与-脚之间的电压，电压为0～1.2 V，说明20 cm传感器有数据采集，但不能确定传感器是否异常。③将采集器上10 cm 传感器的接入端拔下，将其插在20 cm对应的采集器端口，读取显示的层次湿度值，该值实为10 cm的湿度值，与开始记录的10 cm湿度值进行比较，结果数据显示一致，证明20 cm的采集器接入端口正常，也就确定了是由于20 cm 传感器端的故障造成了该层采集数据的异常。④将10 cm 传感器接入端重新插回10 cm对应的采集器端口，再次读取一次当前湿度值，保证数据一致，确保接入正常。经过上述测定，排除了采集器的20 cm接入端口故障，因此，故障点定位为20 cm传感器损坏造成该层次的数据异常，需更换传感器以排除故障。

2　故障排除

DZN1型自动土壤水分观测仪的传感器与电缆线集成一体，感应端外形粗大，更换时要求在不影响其他层次的传感器和电缆线的情况下更换，技术关键是准确地挖出该层传感器的土壤抛面和进行地下穿线。在传感器更换前要记录下开始时间，并记录下当时各层次的数据，然后关闭采集器。在更换数据采集器以外部件时，应先切断采集器的电源，以免在更换部件过程中出现短路，造成其他的系统故障。

2.1引线穿线根据安装时做的标示先找到地下埋置的pvc管，将两端口处挖土露出电缆线，将端口内淤积的土壤清理干净以备穿线。将20 cm传感器的接入端从采集器上拆下，用一根足够长的较软金属线与接入端绑在一起，用胶带粘牢固作为引线。先从离采集器较近的pvc 管口轻轻将20 cm的电缆线从采集器端拉出，注意先确定好是哪根线，拉线时动作要轻缓，再从pvc管的另一端将线拉出。将绑定的引线拆下，再与新的传感器接入端电缆绑牢固，因引线已预留，即可用引线另一端将新的传感器电缆线轻松地拉到采集器端。然后将信号线的接入端子检查固定好，插入采集器相应端口。

2.2挖剖面更换传感器在传感器端，顺着旧的传感器电缆线小心地挖土，先找到初安装时做的纵向沟槽，再找到电缆线拐弯的点，即安装时的土壤剖面位置。确定了位置后在地表面划好标示线，轻轻向下挖土壤剖面，因要更换的是20 cm 深度的传感器，至少要挖到30 cm的深度才能伸开手操作。挖剖面时动作要轻缓，保证不影响到10和30 cm层的仪器和电缆线。剖面挖好后，将原20 cm的传感器从剖面中拔出，要尽量不破坏原土层。然后将新的传感器慢慢插入原安装孔，操作时可在传感器底部套入专用的电木底座，然后用手在水平方向推进传感器尾部，推到传感器不动为止，如土壤紧密度较高、手动插入难度较大时，可用木槌轻轻敲击电木底座，当电木底座的电缆槽与剖面平齐时，说明传感器安装到位，再将新传感器的电缆线沿原来的沟槽用线卡固定好，但新传感器的引线在线槽中不宜拉的太直，应以S型布置，或留有部分余量，避免将来回填土沉降后将传感器引线拉断[5]。

2.3开机检查启动采集器，依次读取各层次的湿度值，与安装前的数值进行比较，除20 cm外，其余各层次的值均与始值一致，说明安装过程未影响到其他层次。 20 cm传感器更换后数值与始值有明显变化，经与上下层的湿度值进行比较，其湿度值略偏低。分析其原因可能是刚刚安装的20 cm传感器示值还不稳定，需要一段时间才能稳定下来，其次就是新更换的传感器可能需要一个订正值，这就是为什么每个新的自动土壤水分观测仪正式运行前需要进行对比观测，再由厂家根据自动观测和人工观测的偏差情况确定是否进行订正，如需要订正，则由厂家根据偏差给出订正值，并通过省局信息中心软件修改台站参数来实现。

2.4土壤回填传感器更换完毕，检查无误，将挖出的土按照原层次填回，尽量保证各层土壤不混淆，并将填回的土压实，以恢复土壤的紧密度，避免降雨时出现土壤沉降。最后清洁整理好现场，再次读取各层数据并确认正常。

3　结语

由于自动土壤水分观测仪日常运行较稳定，在故障时特别是发生数据异常故障时不容易被及时发现，所以各台站要加强定期巡视检查和维护，坚持定时查看上传数据，以便在仪器发生故障时能及时发现，及早排除。设备保障业务人员在工作中要特别注意理论联系实际，既要明确仪器探测原理和软硬件构成，又要在日常维护时多观察、多实践，注意积累和总结维护维修工作经验。在遇到技术问题时，多向厂家技术人员咨询，确保故障判断准确，切忌盲目操作，在更换仪器时可提前列出操作步骤，以避免在忙乱中操作而引起其他系统故障。

[1] 孙作启，陈立春，范庆东.DZN1型自动土壤水分观测数据质量控制方法研究[J].山东气象，2015，35(4)：57-59.

[2] 朱保美，周清.DZN1自动土壤水分观测及其维护与维修[J].气象水文海洋仪器，2011，28(1)：124-128.

[3] 刘彬，郭海涛，涂爱琴，等.DZN1型自动土壤水分观测仪的组成与故障排除方法[J].山东气象，2015(2)：61-63.

[4] 张朝昌，杜衍君，张文斌.DZN1野外式自动土壤水分观测仪常见故障分析[J].安徽农业科学，2013，41(15)：7025-7027.

[5] 上海长望气象科技股份有限公司.DZN1型自动土壤水分观测仪安装维修维护手册[Z].上海：上海长望气象科技股份有限公司，2009：7-10.

Judgement and Treatment of a Fault of DZN1 Automatic Soil Moisture Observer

HAN Gui-xiang, SONG Min, XIANG Feng

Boxing Meteorological Bureau, Boxing, Shandong 256500)

The phenomenon, diagnosis and removal of a sensor fault of DZN1 automatic soil moisture observer were analyzed in detail, and the matters needing attention were summarized to provide scientific

for the routine maintenance and fault elimination of equipment.

DZN1 automatic soil moisture observer; Fault; Judgement; Treatment

韩贵香(1977- )，女，山东博兴人，工程师，从事气象基础业务工作。

2016-07-06

S 163+.5

A

0517-6611(2016)26-0173-02